DE1144379B

DE1144379B - Protection circuit for portable inductive power consumers

Info

Publication number: DE1144379B
Application number: DEK45584A
Authority: DE
Inventors: August Reinke
Original assignee: KIEPE THEODOR ELEKTROTECHNISCHE FABRIK
Current assignee: KIEPE THEODOR ELEKTROTECHNISCHE FABRIK
Priority date: 1962-01-05
Filing date: 1962-01-05
Publication date: 1963-02-28

Description

Schutzschaltung für ortsveränderliche induktive Stromverbraucher Ortsveränderliche Gleichstrommotoren werden häu-fig aus einem Fahrdraht über eine Stromabnehmerstange gespeist. Diese besitzt an ihrem oberen Ende einen Haken und an ihrem unteren Ende üblicherweise eine mehrpolige Kupplung, welche die Stromverbindung zu dem Motor über ein Verbindungskabel herstellt. Die Betriebserdung und Schutzerdung werden in bekannter Weise durch einen mit der Fahrschiene in Verbindung stehenden Haftmagneten mit zwei Magnetsystemen hergestellt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei einem Abziehen des Haftmagneten zunächst die Betriebserdung und dann die Schutzerdung aufgehoben wird. Die zum Anschluß des Motors dienende Kupplung besitzt in ebenfalls bekannter Weise drei Steckerstifte, welche derart ausgebildet sind, daß diese beim Kuppeln in der Reihenfolge Schutzerde, Betriebserde, Stromzuführung zum Motor über einen in der Kupplung enthaltenen Leistungsschalter geschlossen und in umgekehrter Reihenfolge geöffnet werden. Trotz dieser Maßnahme besteht aber die Gefahr, daß bei einer Auftrennung der Betriebserde oder der Stromzuleitung eine hohe, gefährliche Spannung an den Trennstellen entsteht.Protection circuit for portable inductive power consumers Movable DC motors are frequently fed fig from a trolley wire through a pantograph rod. This has a hook at its upper end and usually a multi-pole coupling at its lower end, which establishes the power connection to the motor via a connecting cable. The operational grounding and protective grounding are established in a known manner by a holding magnet with two magnet systems connected to the rail, the arrangement being such that when the holding magnet is removed, first the operational grounding and then the protective grounding is canceled. The coupling used to connect the motor also has, in a known manner, three connector pins, which are designed in such a way that they are closed during coupling in the sequence protective earth, operating earth, power supply to the motor via a circuit breaker contained in the coupling and opened in reverse order. Despite this measure, however, there is a risk that if the operating earth or the power supply line are disconnected, a high, dangerous voltage will arise at the disconnection points.

Um diesen Nachteil zu beheben, ist es allgemein üblich, eine Schutzschaltung in Form eines Nullspannungsrelais anzuwenden. Dieses Nullspannungsrelais soll bewirken, daß die Trennstelle bei einer Auftrennung des Stromkreises sofort spannungslos wird. Diese bekannten Relais haben aber den Nachteil, daß sie mit erheblicher zeitlicher Verzögerung ansprechen, wenn der Stromverbraucher ein Gleichstrommotor mit Nebenschlußerregung ist, der bekanntlich während seines Auslaufes eine mit dem Abklingen seiner Drehzahl abnehmende generatorische Eigenspannung erzeugt. Diese Eigenspannung bewirkt, daß trotz Ab- trennung des Motors von seiner Betriebserde oder Stromzuleitung ein allmählich abklingender Strom durch die Spannungsspule des vorhandenen Schaltgerätes fließt, so daß dieses nicht momentan, sondern mit Verzögerung abschaltet. Die hierbei auftretende Verzögerung kann ganz erheblich sein, wenn es sich um Motoren mit großen Schwungmassen handelt, wie es z. B. bei Schweißaggregaten der Fall ist, die im Leerlauf, d. h. in unbelastetem Zustand, eine nicht zu vernachlässigende Auslaufzeit besitzen.In order to remedy this disadvantage, it is common practice to use a protection circuit in the form of a zero voltage relay. The purpose of this zero voltage relay is to ensure that the point of separation is immediately de-energized if the circuit is broken. However, these known relays have the disadvantage that they respond with a considerable time delay if the current consumer is a direct current motor with shunt excitation which, as is known, generates an internal regenerative voltage which decreases as its speed decays during its run-down. This internal voltage causes a gradually decaying current to flow through the voltage coil of the switching device, despite the motor being disconnected from its operating earth or power supply line, so that it does not switch off instantaneously but with a delay. The delay that occurs here can be quite significant when it comes to motors with large centrifugal masses, such as. B. is the case with welding units that are idle, d. H. in unloaded condition, have a not negligible deceleration time.

Es besteht zwar die Möglichkeit, das verzögerte Abschalten des Schaltgerätes in einfacher Weise dadurch zu verhindern, daß in den Strompfad des Motors eine Sperrzelle gelegt wird, die bei einer Auftrennung der Stromzuleitung bzw. Erdleitung den zurückfließenden Strom, der die Relaisspule während der Auslaufzeit halten würde, sperrt. Eine derartige Anordnung ist aber deswegen von Nachteil, weil die Sperrzelle für die volle Betriebsspannung bemessen sein muß und daher recht groß ist.It is possible to switch off the switching device with a delay in a simple way to prevent a blocking cell in the current path of the motor is placed, which in the event of a disconnection of the power supply line or earth line the flowing back Current that would hold the relay coil during the deceleration time is blocked. Such a one However, the arrangement is disadvantageous because the blocking cell for the full operating voltage must be sized and therefore quite large.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorstehend geschilderten Nachteile zu beseitigen und eine Anordnung zu schaffen, bei der das Schaltgerät bzw. Relais gleichzeitig mit der möglichen Unterbrechung der Stromzuleitung bzw. der Betriebserde den Motor vom Netz trennt und somit jede Gefährdung des Bedienenden ausschließt.The present invention has the object, the above to eliminate the disadvantages described and to create an arrangement in which the Switching device or relay simultaneously with the possible interruption of the power supply or the operational earth disconnects the motor from the mains and thus any danger to the operator excludes.

Zur Erreichung dieser Wirkung bedient sich die Erfindung eines Einschaltapparates oder Relais mit Haltespule, wobei letztere in im Prinzip bekannter Weise aus zwei gegensinnig wirkenden Spulen besteht, deren eine Spule zu einer Sperrzelle parallel liegt.To achieve this effect, the invention makes use of a switch-on device or relay with holding coil, the latter consisting of two in a manner known in principle there is counter-acting coils, one coil of which is parallel to a blocking cell lies.

Entsprechend der Erfindung handelt es sich um eine Schutzschaltung für ortsveränderliche induktive Stromverbraucher, insbesondere für Gleichstrommotoren mit Nebenschlußerregung, die vorzugsweise über Stromabnehmerstangen aus Fahrleitungen unter Verwendung eines elektromagnetischen Schaltgerätes mit Einschaltknopf und Spannungsspule gespeist werden. Die Erfindung besteht darin, daß die Spannungsspule des Schaltgerätes aus zwei gegensinnig wirkenden Teilwicklungen besteht, von denen die eine Teilwicklung als Haltewicklung über einen Vorwiderstand an die Betriebsspannung und die andere Teilwicklung an die Klemmen einer im Motorstromkreis liegenden und in Durchlaßrichtung für den Motorstrom gepolten Sperrzelle geschaltet ist. Das hat zur Folge, daß bei ungestörtem Betrieb nur die eine Teilwicklung als Haltewicklung den Einschaltzustand des Schaltgerätes aufrechterhält, da die andere gegensinnig wirkende Teilwicklung durch die Sperrzelle überbrückt ist, daß jedoch bei einer Unterbrechung der Stromzuleitung bzw. Betriebserde die mit dem Auslauf des Motors abklingende Spannung in den beiden in Reihe, jedoch gegensinnig geschalteten Teilwicklungen einen Strom fließen läßt, demzufolge die durch die als Haltewicklung dienende Teilwicklung erzeugte Durchflutung sofort aufgehoben wird und das Schaltgerät den Motorstromkreis gleichzeitig mit der Unterbrechung der Stromzuleitung bzw. Betriebserde auftrennt.According to the invention, it is a protective circuit for portable inductive power consumers, especially for DC motors with shunt excitation, preferably via pantograph rods from contact lines using an electromagnetic switching device with power button and Voltage coil are fed. The invention consists in that the voltage coil of the switching device consists of two oppositely acting partial windings, of which one part winding as a holding winding via a series resistor to the operating voltage and the other partial winding to the terminals of one in the motor circuit and is switched in the forward direction for the motor current polarized blocking cell. That has As a result, only one partial winding is used as a holding winding during normal operation maintains the switched-on state of the switching device, since the other is in opposite directions acting partial winding is bridged by the blocking cell, but that at one Interruption the power supply or the system earth with the outlet of the motor decaying voltage in the two connected in series, but in opposite directions Part windings allows a current to flow, consequently the one as a holding winding The flow generated by the partial winding is immediately canceled and the switching device the motor circuit at the same time as the interruption of the power supply or operating earth separates.

An Hand der Zeichnung wird der Erfindungsgedanke näher erläutert.The concept of the invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Abb. 1 zeigt die prinzipielle Schaltungsanordnung; Abb. 2 zeigt die Anordnung und Schaltung des Schaltgerätes in Verbindung mit dem Motor und der Stromabnehmerstange mit ihrer aus einem Haftmagneten bestehenden Erdungsvorrichtung.Fig. 1 shows the basic circuit arrangement; Fig. 2 shows the arrangement and circuit of the switching device in connection with the motor and the current collector rod with its grounding device consisting of a holding magnet.

Mit 1 ist das durch einen Druckknopf betätigte Schaltgerät bezeichnet. Seine Spannungsspule besteht aus der Teilwicklung 2, die als Haltewicklung dient, und der Teilwicklung 3, welche an die Klemmen einer Sperrzelle 5 geschaltet ist. In Reihe mit der Teilwicklung 2 liegt der Vorwiderstand 4. Die Sperrzelle 5 ist in Durchlaßrichtung für den Motorstrom geschaltet. Mit 6 ist ein besonderer Motorschalter und mit 7 der Motor bezeichnet. Teil 8 bezeichnet die Verbindung der Motorwicklungen mit der Betriebserde. Das Gehäuse des Motors ist über die Leitung 9 mit der Schutzerde verbunden. Mit 10 ist die Stromabnehmerstange (vgl. Abb. 2) bezeichnet, welche mittels ihres Hakens 11 an der Fahrleitung aufgehängt ist und an ihrem unteren Ende die aus der Kupplungsdose 12 und dem zugehörigen Stecker 13 bestehende Steckvorrichtung zum Anschluß des Motors 7 mit seinen Steuergeräten trägt. Die Verbindungsleitungen 8, 9 für Betriebserde und Schutzerde sind zu getrennten Anschlüssen an dem Haftmagneten 14 geführt, welcher in bekannter Weise so ausgebildet ist, daß bei einem Abziehen desselben von der Fahrschiene mittels eines Handgriffes zunächst die Betriebserde und darauf die Schutzerde des Motors 7 aufgehoben wird. Teil 15 ist eine Sicherung und Teil 16 ein Dämpfungswiderstand innerhalb der Stromabnehmerstange.The switching device operated by a push button is designated with 1. Its voltage coil consists of the partial winding 2, which serves as a holding winding, and the partial winding 3, which is connected to the terminals of a blocking cell 5 . The series resistor 4 is in series with the partial winding 2. The blocking cell 5 is connected in the forward direction for the motor current. 6 with a special motor switch and 7 with the motor is designated. Part 8 describes the connection of the motor windings to the system earth. The motor housing is connected to protective earth via line 9. With 10 the current collector rod (see Fig. 2) is designated, which is suspended by means of its hook 11 on the contact line and at its lower end carries the plug device consisting of the coupling socket 12 and the associated plug 13 for connecting the motor 7 with its control units . The connecting lines 8, 9 for operating earth and protective earth are led to separate connections on the holding magnet 14, which is designed in a known manner so that when it is pulled off the rail by means of a handle, the operating earth and then the protective earth of the motor 7 is lifted . Part 15 is a fuse and part 16 is a damping resistor within the current collector rod.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung nach den Abb. 1 und 2 ist folgende-, Das Schaltgerät 1 wird mittels seines Druckknopfes eingeschaltet. Die Teilwicklung 2 der Spannungsspule des Schaltgerätes liegt dann über den Vorwiderstand 4 an der Netzspannung, was zur Folge hat, daß das Schaltgerät trotz Loslassen seines Druckknopfes im Einschaltzustand bleibt. Sobald nun der Motorschalter 6 geschlossen wird, fließt ein Strom über die Sperrzelle 5 in Richtung auf den Motor 7. Damit ist die gegensinnig wirkende Teilwicklung 3 des Schaltgerätes 1 durch die $perrzelle 5 überbrückt und demzufolge wirkungslos. Wird jedoch die Stromzuleitung am Haken 11 der Stromabnehmerstange 10 bzw. die Leitung 8 für die Betriebserdung unterbrochen, so ist der Motor 7 von der Netzspannung bzw. Betriebserde getrennt und - der Motorstrom unterbrochen. Der Motor 7 läuft daher aus.The mode of operation of this arrangement according to FIGS. 1 and 2 is as follows, the switching device 1 is switched on by means of its push button. The partial winding 2 of the voltage coil of the switching device is then connected to the mains voltage via the series resistor 4, with the result that the switching device remains in the switched-on state despite releasing its pushbutton. As soon as the motor switch 6 is closed, a current flows through the blocking cell 5 in the direction of the motor 7. This means that the opposing winding 3 of the switching device 1 is bridged by the blocking cell 5 and therefore ineffective. If, however, the power supply line on the hook 11 of the current collector rod 10 or the line 8 for the operational grounding is interrupted, the motor 7 is disconnected from the mains voltage or operational ground and - the motor current is interrupted. The motor 7 therefore runs out.

Während seines Auslaufes bleibt aber eine Spannung an den Motorklemmen bestehen. Diese abklingende Spannung hat demnach einen Strom zur Folge, der dem ununterbrochenen Motorstrom entgegengerichtet ist und somit nicht die Sperrzelle 5, sondern die an die beiden Anschlüsse der Sperrzelle 5 geschaltete Teilwicklung 3 in Reihenschaltung mit der Teilwicklung 2 durchfließt. Da beide Teilwicklungen 2, 3 gegensinnig vom Strom durchflossen werden, heben sich die von beiden Teilwicklungen erzeugten Durchflutungen ganz oder größtenteils je nach Bemessung der Wicklungen auf, so daß demzufolge das Schaltgerät 1 bei einer Unterbrechung in der Stromzuleitung bzw. Betriebserde augenblicklich den Motorstromkreis öffnet, wodurch eine Gefährdung des Betriebspersonals ausgeschlossen ist.However, while it is coasting, a voltage remains at the motor terminals. This decaying voltage accordingly results in a current which is directed in the opposite direction to the uninterrupted motor current and thus does not flow through the blocking cell 5, but rather the partial winding 3 connected to the two connections of the blocking cell 5 in series with the partial winding 2. Since the current flows through both partial windings 2, 3 in opposite directions, the currents generated by the two partial windings cancel each other out entirely or largely depending on the dimensioning of the windings, so that the switching device 1 therefore immediately opens the motor circuit in the event of an interruption in the power supply line or operating earth, whereby a risk to the operating personnel is excluded.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß die verwendete Sperrzelle nicht für die Netzspannung, sondern nur für die Spannung der Teilwicklung 3 zu bemessen ist und daß diese Teilwicklung 3 wegen des nur kurzzeitigen Stromdurchganges stark unterdimensioniert werden kann.The arrangement according to the invention has the advantage that the blocking cell used is not dimensioned for the mains voltage, but only for the voltage of the partial winding 3 and that this partial winding 3 can be greatly undersized because of the short-term current passage.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Protection circuit for portable inductive power consumers, especially for direct current motors with shunt excitation, which are preferably fed via current collector rods from contact lines using an electronic switching device with on button and voltage coil, characterized in that the voltage coil, the switching device (1) consists of two oppositely acting partial windings (2, 3) , of which one part winding (2) is used as a holding winding via a series resistor (4) to the operating voltage and the other part winding (3) to the terminals of a blocking cell (5 ) is switched in such a way that only the partial winding (2) as a holding winding maintains the switched-on state of the switching device (1) during undisturbed operation, but that when the power supply or the operating earth (8) is interrupted, the decay when the motor (7) is stopped Tension in the two s in series, but oppositely-connected sub-windings (2, 3) allows a current to flow consequently, the magnetomotive force generated by the serving as the holding winding portion winding (2) is released immediately and the switching device (1) the motor circuit with the interruption of the power supply or simultaneously which separates the plant earth.

2. Protection circuit for portable DC motors according to claim 1, characterized in that the blocking cell (5) is dimensioned only for the voltage of the partial winding (3) of the switching device (1). 3. Protection circuit for portable DC motors according to claim 1, characterized in that the partial winding (3) of the switching device (1) can be greatly undersized because of the only brief current passage.

Considered publications: German Patent Specifications No. 825 861, 1009 225; German utility model No. 1742459.